(57)【要約】【課題】  省電力化及び高耐久化に加えて特に小型化及びローコスト化を可能にした画像表示装置を提供する。【解決手段】それぞれ異なる波長の可視光を発生する複数の光源１−１，１−２，１−３と、前記複数の光源から射出される光を入射し、回折効率を制御することによってそれぞれの光の進行方向を制御して同一の光路上を進行する光にして射出する可変型回折格子装置３−１，３−２と、多数の画素を有し、各画素を電気的信号で制御して前記回折格子装置から射出された光を制御することによって画像を形成する画像形成素子７と、この画像形成素子７によって形成された画像を投影レンズ８を介して投影するスクリーン９とを有する。【選択図】  図１
2006017931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる波長の可視光を発生する複数の光源と、
前記複数の光源から射出される光を入射し、回折格子機能を制御することによってそれぞれの光の進行方向を制御して同一の光路上を進行する光にして射出する可変型回折格子装置と、
多数の画素を有し、各画素を電気的信号で制御して前記回折格子装置から射出された光を制御することによって画像を形成する画像形成素子と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記可変型回折格子装置は、液晶に印加する電圧をオン・オフすることによって回折格子機能をオン・オフ制御することにより、入射した光をそのまま通過させるか又は回折して進行方向を変更させるかの制御を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記光源が、赤、緑、及び青の各色に対応する３種の光源からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記複数の光源から射出される光のうちの１つが直進して前記可変型回折格子装置を透過して前記画像形成素子に至るとともに、他の光源から射出される光が前記可変型回折格子装置によって進路を変更されることによって前記直進する１つの光の光路と同一の光路を進行して前記画像形成素子に至るように、前記複数の光源及び前記可変型回折格子装置を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記複数の可変型回折格子装置が、互いに格子間隔の異なる回折格子を備えたものであり、かつ、各々の各回折格子機能を電気信号によって各々独立に制御可能にしたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記複数の可変型回折格子装置の個数が、光源の個数から１を差し引いた数であることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記画像形成素子が透過型液晶パネルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記各光源は制御回路によってそれぞれ瞬時にオン・オフできるものであり、
前記光源、前記可変型回折格子装置及び前記画像形成素子のそれぞれの制御回路を制御して、前記各光源のオン・オフのタイミングと、前記各可変型回折格子の制御タイミングと、前記画像形成素子の画像形成タイミングとを同期させることにより、前記画像形成素子に赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）がそれぞれ順次到達するようにし、前記画像形成素子は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの色の光が画像形成素子に達しているときにＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの色の画像を形成させるようにすることによって、カラー画像の表示を可能にしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
請求項１〜８に記載の画像形成装置における画像形成素子によって形成された画像をスクリーンに投影する投影光学系を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を液晶パネル等の画像素子を通じて制御して画像を形成する画像形成装置であって、省電力化及び高耐久化に加えて特に小型化を可能にした画像形成装置及びこの画像形成装置を利用したプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
光源からの光を液晶パネル等の画像素子を通じて制御して画像を形成する画像形成装置としては、例えば、特許文献１、特許文献２に記載のものが知られている。特許文献１に記載の装置は、光源からの光を液晶パネルに導いてバックライトとして用い、液晶パネルに表示された画像を接眼レンズを通じて観察するようにした装置である。図１０、図１１は特許文献１に記載された画像形成装置を原理的に説明するための説明図である。図１０に示される装置は、クロスダイクロイックミラー４０の直交する３つの入射方向に、図示しないが、赤色（Ｒ）のＬＥＤ、緑色（Ｇ）のＬＥＤ、青色（Ｂ）のＬＥＤをそれぞれ配置し、これらから出射する光をクロスダイクロイックミラー１０によって同一光路上に導き、液晶パネルに照射して画像を形成するようにしたものである。この場合、ダイクロイックミラー１０内においては、赤色光は赤色反射ダイクロイックミラー１０Ｒによって反射され、青色光は青色反射ダイクロイックミラー１０Ｂによって反射され、緑色光はそのまま通過する。
【０００３】
また、図１１に示される装置は、青色（Ｂ）反射のダイクロイックミラー２０Ｂ、赤色（Ｒ）反射のダイクロイックミラー２０Ｒ及び緑色（Ｇ）のＬＥＤを同一光路上に配置し、この光路に直交する方向であって、青色（Ｇ）反射のダイクロイックミラー２０Ｂ及び赤色（Ｒ）反射のダイクロイックミラー２０Ｒのそれぞれに対向する位置に、それぞれ青色（Ｂ）のＬＥＤ及び赤色（Ｒ）のＬＥＤを配置することによって、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を同一光路上に導き、液晶パネルに照射して画像を形成するようにしたものである。
【０００４】
この場合、液晶パネルとしてカラー液晶パネルを用いる場合には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各ＬＥＤから出射する光をハーフミラーによって同一光路上で合成し、略白色光にしてから液晶パネルに照射する。白黒液晶パネルを用いる場合には、白黒液晶パネルに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画像信号を順次送り、各色の画像信号に同期して各々Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ光源を順次切り替えて各色の光を照射する。これにより、カラー画像表示を行うようにしている。
【０００５】
特許文献２に記載の装置は、光源からの光をＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）パネルに導き、ＤＭＤパネルによって形成された画像を投影レンズによってスクリーン等に投影するようにしたプロジェクターである。この装置は、光源として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各ＬＥＤアレイを用い、これらから出射する光をフライアイレンズアレイを介してクロスダイクロイックプリズム（ＸＤＰ）によって同一光路上に導いてＤＭＤパネルに照射するようにし、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各ＬＥＤアレイのオン・オフ信号とＤＭＤの対応する各画素のオン・オフ信号とを同期させることによりカラー画像を形成するようにしたものである。Ｒ，Ｇ，Ｂの光をクロスダイクロイックプリズム（ミラー）を用いて同一光路に導く点は特許文献１の装置と同様である。
【特許文献１】特許第３２９８３２４号公報
【特許文献２】特開２００３−１８６１１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、本発明者の研究によれば、上述の従来の画像表示装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を同一光路に導くためにクロスダイクロイックミラー等のハーフミラーを用いていることなどから光の利用効率が必ずしも十分でなく、また、装置の小型化や製造コスト低減にも限界のあることが判明した。図１２、図１３は、上述の従来の装置の光利用効率の説明図である。以下、これらの図を参照にしながら上記従来の装置の光利用効率を説明する。
【０００７】
いま、図１２に示したように、光源として用いているＬＥＤ１１は、ＬＥＤチップ１１ａの前にコリメータレンズ１１ｂを配置したものであるとする。この場合、光源たるＬＥＤチップ１１ａは、有限の大きさを有する。それゆえ、光源の前に配置されたコリメーターレンズ１１ｂで光を平行光にする場合、光源の中心からの光は光軸Ｏに平行になるが、光源の中心からｙだけ離れた光源位置からの光は、次の関係式で示されるΘの角度を持ってコリメーターレンズを出射する。
ｔａｎ（Θ）＝ｙ／ｆ
ここで記号は以下を表す。
Θ  ：  光軸からの角度
ｙ  ：  光源の像高
ｆ  ：  コリメータレンズの焦点距離
【０００８】
図１０に示される装置の場合では、ＬＥＤ１１から射出した緑光（Ｇ）は、図１３に示されるように，クロスダイクロイックミラー（プリズム）１０に入射し、赤色（Ｒ）反射のダイクロイックミラー１０Ｒ及び青色（Ｂ）反射のダイクロイックミラー１０Ｂを通過して液晶パネルに照射される。ここで、赤色（Ｒ）反射のダイクロイックミラー１０Ｒに着目する。上記緑色光（Ｇ）光は、光源の像高に対応して、赤色（Ｒ）反射のダイクロイックミラー１０Ｒに対して上記式によって定まる角度で入射することになる。例えば、光源の中心から射出した光は４５°で入射する。しかし、光源の中心以外から射出した光は４５°以外の角度で入射する。
【０００９】
いま、例えば、図１３に示したように、赤色（Ｒ）反射のダイクロイックミラー１０Ｒに、光が４５°、３８．４°、５１．６°で入射したとする。図１４はダイクロイックミラーの光反射特性及びＲ，Ｇ，ＢそれぞれのＬＥＤの発光特性の例を示す図である。ダイクロイックミラーは、いわゆる成膜シャープカットフィルターであり、カットオフ波長はフィルターへの入射角度に依存する。図１４に示した例では、入射角度が５１．６°では、緑色ＬＥＤの発光波長の一部が反射されることになる。このため、その分、光の利用効率が低下することになる。また、青色ＬＥＤに対する青色（Ｂ）反射のダイクロイックミラーにおいては、光の入射角度が５１．６°では、青色光の一部が透過するので、その分光利用効率が低下する。
【００１０】
また、上述の従来の装置では、クロスダイクロイックミラー（プリズム）を用いる場合は、クロスダイクロイックミラー（プリズム）を安価に構成するために図のような９０度の直角プリズムでの構成が一般的である。このようにすると、ＬＥＤがプリズムの周囲３方向に配置することになり、比較的大きなスペースが必要となる。また、図１１に示されるようなミラーでの合成の場合は、図中横方向に比較的大きなスペースが必要になる。
【００１１】
さらには、シャープカットフィルターたるダイクロイックミラーは、透過率の立ちあがり（立下り）が鋭敏であることと、この立ちあがり（立下り）の波長が製品間で所定範囲内で安定している必要がある。シャープな立ちあがりのためには幾層ものコートが必要であるが、このような多層コートを歩留まりよく生産することは容易でない。それゆえ、結局、ダイクロイックミラーはどうしても高価にならざるを得ないのが実情である。加えて、成膜には高価な設備を必要とするので、設備投資も大変である。
本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、省電力化及び高耐久化に加えて特に小型化及びローコスト化を可能にした画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するための手段として、第１の手段は、
それぞれ異なる波長の可視光を発生する複数の光源と、
前記複数の光源から射出される光を入射し、回折効率を制御することによってそれぞれの光の進行方向を制御して同一の光路上を進行する光にして射出する可変型回折格子装置と、
多数の画素を有し、各画素を電気的信号で制御して前記回折格子装置から射出された光を制御することによって画像を形成する画像形成素子と、
を有することを特徴とする画像形成装置である。
【００１３】
第２の手段は、
前記可変型回折格子装置は、液晶に印加する電圧をオン・オフすることによって回折格子機能をオン・オフ制御することにより、入射した光をそのまま通過させるか又は回折して進行方向を変更させるかの制御を行うものであることを特徴とする第１の手段にかかる画像形成装置である。
【００１４】
第３の手段は、
前記光源が、赤、緑、及び青の各色に対応する３種の光源からなることを特徴とする第１又は第２の手段にかかる画像形成装置である。
【００１５】
第４の手段は、
前記複数の光源から射出される光のうちの１つが直進して前記可変型回折格子装置を透過して前記画像形成素子に至るとともに、他の光源から射出される光が前記可変型回折格子装置によって進路を変更されることによって前記直進する１つの光の光路と同一の光路を進行して前記画像形成装置に至るように、前記複数の光源及び前記可変型回折格子装置を配置したことを特徴とする第１〜第３のいずれかの手段にかかる画像形成装置である。
【００１６】
第５の手段は、
前記複数の可変型回折格子装置が、互いに格子間隔の異なる回折格子を備えたものであり、かつ、各々の各回折格子機能を電気信号によって各々独立に制御可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの手段にかかる画像形成装置である。
【００１７】
第６の手段は、
前記複数の可変型回折格子装置の個数が、光源の個数から１を差し引いた数であることを特徴とする第５の手段にかかる画像形成装置である。
【００１８】
第７の手段は、
前記画像形成素子が透過型液晶パネルであることを特徴とする第１〜第６のいずれかの手段にかかる画像形成装置である。
【００１９】
第８の手段は、
前記各光源は制御回路によってそれぞれ瞬時にオン・オフできるものであり、
前記光源、前記可変型回折格子装置及び前記画像形成素子のそれぞれの制御回路を制御して、前記各光源のオン・オフのタイミングと、前記各可変型回折格子装置の制御タイミングと、前記画像形成素子の画像形成タイミングとを同期させることにより、前記画像形成素子に赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）がそれぞれ順次到達するようにし、前記画像形成素子は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの色の光が画像形成素子に達しているときにＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの色の画像を形成させるようにすることによって、カラー画像の表示を可能にしたことを特徴とする第１〜第７のいずれかの手段にかかる画像系装置である。
【００２０】
第９の手段は、
第１〜第８の手段にかかる画像形成装置における画像形成素子によって形成された画像をスクリーンに投影する投影光学系を備えたことを特徴とするプロジェクターである。
【発明の効果】
【００２１】
上述の手段によれば、可変型回折格子装置を用いて回折機能を制御することによって複数の光源からの光の進行方向を制御して同一の光路上を進行する光にして画像形成素子に導いて画像を形成するようにしている。これにより、省電力化及び高耐久化に加えて特に小型化及びローコスト化を可能にしている。これは、回折格子を用いることにより、消費電力が少なく、耐久性に富み、しかも小型・ローコストな画像形成装置を比較的容易に構成できるからである。
【００２２】
すなわち、回折格子としては、例えば、電圧のＯＮ／ＯＦＦで回折格子機能のＯＮ／ＯＦＦが可能な液晶を使用した回折格子がある（文献「Optics  &  Photonics  News  April  2003  Ｐ54  Electrically  Switchable  BRAGG  GRATING」参照）。この回折格子は通常の２光束干渉で作成されるＨＯＥ（体積ホログラム）と同様の手段で作成が可能であり、量産性に優れ安価で提供が可能である。作成された液晶に電圧をかけると屈折率分布が消えてただの透明平板と同様になる、電圧をかけないと屈折率分布があらわれて回折格子として機能する。この切り替え可能な回折格子をＬＥＤ等の光源から射出される光の合成の手段として使用できる。
【００２３】
また、回折格子による光の進行方向の変更は、ミラー等のように、大きい角度の変更でないので、光源の配置位置をスペース利用効率の高い配置することが可能であり、コンパクトな照明光学系を構成することが容易に可能である。しかもこの場合、画像形成素子として、１枚の液晶パネルもしくはＤＭＤパネルを用い、光源としてのＲ，Ｇ，ＢのＬＥＤと回折格子とパネルとを同期して制御することにより、きわめてコンパクトなカラー画像形成装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は本発明の第１の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。以下、図１を参照にしながら第１の実施の形態にかかるプロジェクターを説明し、併せてこのプロジェクターの主要部分を構成する本発明の実施の形態にかかる画像形成装置を説明する。図１において、符号１−１は緑色（Ｇ）ＬＥＤ（発光ダイオード）チップ、符号１−２は赤色（Ｒ）ＬＥＤチップ、符号１−３は青色（Ｂ）ＬＥＤチップである。これらＧ，Ｒ，Ｂの各ＬＥＤチップから射出されるＧ，Ｒ，Ｂの光は、それぞれ、コリメータレンズ２−１、２−２、２−３を介して密接して配置される２枚の可変型回折格子装置３−１、３−２に入射されるようになっている。なお、この可変型回折格子装置３−１、３−２には、内部の液晶に電圧を印加する電圧印加装置４−１，４−２がそれぞれ設けられており、図示しない外部制御回路によって制御されるようになっている。
【００２５】
この場合、緑色（Ｇ）ＬＥＤチップ１−１及び青色（Ｂ）ＬＥＤチップ１−３は、これらから射出される光が光軸Ｏに対して４０°をなして回折格子３−１及び３−２に入射するように配置されている。また、赤色（Ｒ）ＬＥＤチップ１−２は、これから射出される光が光軸Ｏ上を進行するように配置されている。そして、回折格子３−１及び３−２の前方側（図中右方向）には、光軸Ｏとその光軸を共通にして、フィールドレンズ５、ライトパイプ６、透過型液晶パネル７、投影レンズ８及びスクリーン９が、それぞれ前方側に向かって順次配置されている。これにより、Ｇ，Ｒ，Ｂの各ＬＥＤチップ１−１，１−２，１−３から射出されたＧ，Ｒ，Ｂの光は、２枚の回折格子３−１、３−２によって同一光路上に導かれ、フィールドレンズ５を通じてライトパイプ６に入射されて均一な光に整えられた後、透過型液晶パネル７に照射される。こうして形成された画像は、投影レンズ８を介してスクリーン９に投影される。なお、本実施の形態にかかる画像形成装置は、上記プロジェクターの構成から投影レンズ８及びスクリーン９を除いた部分である。以下の実施の形態においても同様である。
【００２６】
図２は可変型回折格子装置３−１、３−２の動作説明図である。図２に示されるように、可変型回折格子装置３−１、３−２は、２枚の透明基板３ａ，３ｂの内側面に対向電極３ｃ，３ｄが形成され、その間に感光性プレポリマー３ｅ中にネマチック液晶３ｆが一定の規則性をもって配置されたものである。これは、次のようにして製造される。すなわち、対向電極３ｃ，３ｄの間に感光性プレポリマー３ｅとネマチック液晶３ｆとを封じ込め、これを通常のＨＯＥ（ホログラフィック素子）と同様に回折縞を有する露光光によって感光する。回折縞に対応して露光されたところに重合が生じる。これにより液晶リッチな部分とポリマーリッチな部分とが出来る。液晶の屈折率ｎLCはポリマーの屈折率ｎｐより大きい。よって、干渉縞に従って屈折率の分布ができ、これが回折格子となる（図２（ａ）参照）。また、この回折折格子装置の両側より電圧を印可すると液晶分子は正の誘電異方性を持っているので電場のかかった方向に分子整列する（図２（ｂ）参照）。この状態の屈折率ｎLCがポリマーのｎｐに等しくなる。このことにより電圧印可で一様な屈折率となり回折格子の機能を失う。
【００２７】
可変型回折格子装置３−１、３−２の応答速度は１００マイクロ秒以下である。また、青色光及び緑色光に対する回折格子のパラメーターは以下の通りである。
青色光；波長４６０ｎｍ
入射角；４０度
出射角；０度
屈折率；１．５２
屈折率振幅；０．０７
厚み；３．５ミクロン
格子間隔；０．６９９ミクロン
緑色光；波長５３５ｎｍ
入射角；４０度
出射角；０度
屈折率；１．５２
屈折率振幅；０．０８
厚み；３．５ミクロン
格子間隔；０．８１３ミクロン
駆動電圧
液晶の駆動電圧（通常５Ｖ以下）より大きく、２０Ｖ〜８０Ｖが
必要な場合もある。材料、回折格子の材料厚みに依存する。
【００２８】
可変型回折格子装置３−１、３−２を制御することによって、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの光源からの光は、以下の様にして同一の光路に導かれる。まず、Ｒ光は、回折格子の作用が無い状態で、つまり、可変型回折格子装置３−１、３−２の両方に電圧を印加した状態で、光源からの光がそのまま２枚の回折格子を透過するようにする。これにより、Ｒ光は、フィールドレンズ５を通じてライトパイプ６に入射されて均一な光に整えられた後、透過型液晶パネル７に照射される。この場合、回折格子への電圧印加と同期して赤色ＬＥＤ１−２そのものの電源もオンする。次に、Ｇ光については、赤色ＬＥＤ１−２及び青色ＬＥＤ１−３の電源をともにオフし、かつ、可変型回折格子装置３−２の印加電圧をオンにしておいた状態で、緑色ＬＥＤ１−１をオンし、かつ、可変型回折格子装置３−１の印加電圧をオフにして回折格子を機能させる。さらに、Ｂ光については、赤色ＬＥＤ１−２及び緑色ＬＥＤ１−１の電源をともにオフし、かつ、可変型回折格子装置３−１の印加電圧をオンにしておいた状態で、青色ＬＥＤ１−３をオンし、かつ、可変型回折格子装置３−２の印加電圧をオフにして回折格子を機能させる。図３は以上の関係を表にまとめて示したものである。
【００２９】
緑色（Ｇ）ＬＥＤチップ１−１、赤色（Ｒ）ＬＥＤチップ１−２、並びに、青色（Ｂ）ＬＥＤチップ１−３の３色の発光波長分布は、図１４に示した通りである。コリメータレンズ２−１,２−２,２−３は、各ＬＥＤチップからの光を略平行光にする。すなわち、大きさを持つ光源から射出される放射光を略平行光にする。このようにすることで、発散する光を効率良く光路上に導くことができ、それにより、画像形成素子たる透過型液晶パネル７への照射効率を上げることが出来る。また、フィールドレンズ５は、緑色（Ｇ）ＬＥＤチップ１−１、赤色（Ｒ）ＬＥＤチップ１−２、並びに、青色（Ｂ）ＬＥＤチップ１−３からの光をライトパイプ６の入射口に投影する。これらＬＥＤからの放射輝度は一般に不均一であるのでライトパイプ６の入射口には不均一な光強度分布の像ができる。周知のように、ライトパイプ６の入射口では不均一な光強度分布を持っていたものがライトパイプ６の中を光が反射していく過程で光強度が均一化される。均一化は反射回数によるが、ライトパイプ６の長さをコンパクトにすることが装置を小型にすることに結びつくのでライトパイプの入射口は小さいほうが好ましい。但し、ＬＥＤ１からの光を取り込める入射口の大きさは必要であり、これらのことから入射口の大きさは決定される。又、ライトパイプの出射口の大きさは投影パネルの大きさになっている。こうすることでライトパネル６の出射口で均一にされた光が透過型液晶パネル７に入射される。
【００３０】
透過型液晶パネル７は、上記Ｇ．Ｒ，ＢのＬＥＤチップ及び可変型回折格子装置の制御の結果、光路上に導かれたＧ，Ｒ，Ｂのうちのいずれか１つの色の光が照射されたとき、これに同期して、その色の画像を図示しないが駆動回路によって制御されて形成するものである。すなわち、透過型液晶パネル７は、Ｇ．Ｒ，Ｂの画像をほぼ３倍速で順次形成する。これにより、カラー画像としての表示を可能にしている。なお、この場合、Ｇ．Ｒ，Ｂ３色のＬＥＤの点灯時間は、必ずしも同じである必要はない。ＬＥＤの放射強度と３色の合成光が白色になるようになるように各色の点灯パルス時間を設定すればよい。図４は光源と可変型回折格子装置と透過型液晶パネルとの制御回路のブロック図である。図４に示されるように、光源の駆動回路、可変型回折格子装置の駆動回路及び透過型液晶パネルの駆動回路は、同期制御回路によって制御されるようになっている。
【００３１】
図５は本発明の第２の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。上述の第１の実施の形態では、２枚の可変型回折格子装置を使用した例を掲げたが、この実施の形態は、３枚の可変型回折格子装置３−１、３−２、３−３を使用する。これらの可変回型折格子は、ＬＥＤ側よりＲ，Ｂ，Ｇの順に作用する。なお、この順番は交換可能である。また、それぞれの可変型回折格子装置に電圧を印加する駆動回路部４−１，４−２，４−３も３枚の可変型回折格子装置に対応して設けられている。
【００３２】
Ｇ．Ｒ，Ｂ光源のＬＥＤは、順次１色のみが点灯されており、順次点灯される色を切り換えていくことは上記第１の実施の形態の場合と同じである。コリメータ２−１，２−２，２−３の作用も同様である。Ｇ（緑）光ＬＥＤ１−１の光は可変型回折格子装置３−１に入射する。この光をフィールドレンズ５の方向に回折させるためには、Ｒ光を回折させるための可変型回折格子装置３−３には電圧印可をしてＧ光に影響を及ぼさないようにする。同様に、Ｂ光を回折させる可変回折格子３−２にも電圧を印可してＧ光に影響を及ぼさないようにする。そして、Ｇ光の可変型回折格子装置３−１には電圧印可をせず緑の光に回折格子としての作用を及ぼすようにする。その結果、Ｇ光はフィールドレンズ５の方向に回折され、フィールドレンズ５及びライトパイプ６を介して透過型液晶パネル７に照射される。
【００３３】
Ｒ（赤）光ＬＥＤ１−２の光は可変型回折格子装置３−３に入射する。この光をフィールドレンズ５の方向に回折させるためには、まず、Ｒ光を回折させるための可変型回折格子装置３−３への電圧印可を解除して回折格子として機能させ、Ｒ光を光軸Ｏ方向に回折させる。一方で、Ｂ光を回折させる可変回折格子３−２には電圧を印可してＲ光に影響を及ぼさないようにする。同様に、Ｇ光の可変型回折格子装置３−１にも電圧印可をしてＲ光に影響を及ぼさないようにする。その結果、Ｒ光はフィールドレンズ５の方向に回折され、フィールドレンズ５及びライトパイプ６を介して透過型液晶パネル７に照射される。
【００３４】
さらに、Ｂ（青）光ＬＥＤ１−３の光は可変型回折格子装置３−２に入射する。この光をフィールドレンズ５の方向に回折させるためには、Ｒ光を回折させるための可変型回折格子装置３−３には電圧印可をしてＢ光に影響を及ぼさないようにする。同様に、Ｇ光を回折させる可変回折格子３−１にも電圧を印可してＢ光に影響を及ぼさないようにする。そして、Ｂ光の可変型回折格子装置３−２には電圧印可をせず緑の光に回折格子としての作用を及ぼすようにする。その結果、Ｂ光はフィールドレンズ５の方向に回折され、フィールドレンズ５及びライトパイプ６を介して透過型液晶パネル７に照射される。図６は以上の関係を表にまとめて示したものである。
【００３５】
図７は第３の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。この実施の形態にかかるプロジェクターは、第２の実施の形態における可変型回折格子装置を反射型にした例である。Ｇ（緑）光ＬＥＤ１−１の光が可変型回折格子装置３−１に入射してフィールドレンズ５の方向に反射させるためには、まず、Ｒ光を回折させるための可変型回折格子装置３−３には電圧印可をしてＧ光に影響を及ぼさずそのまま透過させるようにする。同様に、Ｂ光を回折させる可変回折格子３−２にも電圧を印可してＧ光に影響を及ぼさないようにする。なお、この場合、Ｒ光およびＢ光はオン・オフのいずれでもよいが、オフが好ましい。そして、Ｇ光の可変型回折格子装置３−１には電圧印可をせず緑の光に回折格子としての作用を及ぼすようにする。その結果、可変型回折格子装置３−２，３−３の影響を受けずに、Ｇ光はフィールドレンズ５の方向に反射され、フィールドレンズ５及びライトパイプ６を介して透過型液晶パネル７に照射される。
【００３６】
Ｒ（赤）光ＬＥＤ１−２の光が可変型回折格子装置３−３に入射してフィールドレンズ５の方向に反射させるためには、まず、Ｒ光を回折させるための可変型回折格子装置３−３への電圧印可を解除して回折格子として機能させ、Ｒ光を光軸Ｏ方向に反射させるようにしておく。一方で、Ｂ光を回折させる可変回折格子３−２には電圧を印可してＲ光に影響を及ぼさないようにする。Ｇ光の可変型回折格子装置３−１は関係ないので、電圧印可をしてもよいし、しなくてもよい。なお、この場合、Ｂ光およびＧ光はオン・オフのいずれでもよいが、オフが好ましい。その結果、Ｒ光はフィールドレンズ５の方向に反射され、フィールドレンズ５及びライトパイプ６を介して透過型液晶パネル７に照射される。
【００３７】
さらに、Ｂ（青）光ＬＥＤ１−３の光が可変型回折格子装置３−２に入射してフィールドレンズ５の方向に反射させるためには、Ｂ光の可変型回折格子装置３−２に電圧印可をせず緑の光に回折格子としての作用を及ぼすようにする。このとき、Ｒ光を回折させるための可変型回折格子装置３−３及びＧ光を回折させる可変回折格子３−１には電圧を印可してＢ光に影響を及ぼさないようにするか、又は、Ｇ光およびＲ光をオフにしておく。好ましくは、Ｒ光を回折させるための可変型回折格子装置３−３及びＧ光を回折させる可変回折格子３−１はＢ光には関係ないので、電圧印可をしてもよいし、しなくてもよい。なお、この場合、Ｒ光およびＧ光はオフにしておく。その結果、Ｂ光はフィールドレンズ５の方向に回折され、フィールドレンズ５及びライトパイプ６を介して透過型液晶パネル７に照射される。図８は以上の関係を表にまとめて示したものである。
【００３８】
図９は本発明の実施の形態にかかるプロジェクターの概略寸法例と従来のプロジェクターの概略寸法例とを比較して示した図である。なお、図９においては、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色光を混合するための装置であるミラーや回折格子装置以外の光源やフィールドレンズ等は同じものを用いたものとする。図９に示されるように、いずれの場合も、フィールドレンズからスクリーンにいたるまでの寸法は同じである。しかしながら、光源からフィールドレンズに至るまでの寸法はかなり異なる。すなわち、従来のプロジェクターのうち、クロスダイクロイックミラー１０を用いた従来のプロジェクターは、光源からフィールドレンズに至るまでの寸法は約３０ｍｍである。同じく、１枚のミラー２０Ｇと２枚のハーフミラー２０Ｒ，２０Ｂとを用いたものは約４０ｍｍである。これに対して、上述の本実施の形態にかかるプロジェクターの場合は、その寸法を約２０ｍｍとすることが可能である。このように、本実施の形態にかかる装置によれば、従来に比較して装置を大幅にコンパクト化できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、光源からの光を液晶パネル等の画像素子を通じて制御して画像を形成する画像形成装置であって、省電力化及び高耐久化に加えて特に小型化を可能にした画像形成装置及びこの画像形成装置を利用したプロジェクターとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。
【図２】可変型回折格子装置３−１、３−２の動作説明図である。
【図３】赤色ＬＥＤ１−２、青色ＬＥＤ１−３、緑色ＬＥＤ１−１ならびに可変型回折格子装置３−１、３−２の動作説明図である。
【図４】光源と可変型回折格子装置と透過型液晶パネルとの制御回路のブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。
【図６】赤色ＬＥＤ１−２、青色ＬＥＤ１−３、緑色ＬＥＤ１−１ならびに可変型回折格子装置３−１、３−２、３−３の動作説明図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。
【図８】赤色ＬＥＤ１−２、青色ＬＥＤ１−３、緑色ＬＥＤ１−１ならびに可変型回折格子装置３−１、３−２、３−３の動作説明図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかるプロジェクターの概略寸法例と従来のプロジェクターの概略寸法例とを比較して示した図である。
【図１０】特許文献１に記載された画像形成装置を原理的に説明するための説明図である。
【図１１】特許文献１に記載された画像形成装置を原理的に説明するための説明図である。
【図１２】従来の装置の光利用効率の説明図である。
【図１３】従来の装置の光利用効率の説明図である。
【図１４】ダイクロイックミラーの光反射特性及びＲ，Ｇ，ＢそれぞれのＬＥＤの発光特性の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１−１  緑色（Ｇ）ＬＥＤ（発光ダイオード）チップ
１−２  赤色（Ｒ）ＬＥＤチップ
１−３  青色（Ｂ）ＬＥＤチップ
２−１、２−２、２−３  コリメータレンズ
３−１,３−２  可変型回折格子装置
４−１,４−２  電圧印加装置
５  フィールドレンズ
６  ライトパイプ
７  透過型液晶パネル
８  投影レンズ
９  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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